JPH07159026A - 酸素と窒素を気体及び／又は液体製品として同時に製造するための空気の低温蒸留法 - Google Patents

酸素と窒素を気体及び／又は液体製品として同時に製造するための空気の低温蒸留法

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JPH07159026A
JPH07159026A JP6219930A JP21993094A JPH07159026A JP H07159026 A JPH07159026 A JP H07159026A JP 6219930 A JP6219930 A JP 6219930A JP 21993094 A JP21993094 A JP 21993094A JP H07159026 A JPH07159026 A JP H07159026A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 少なくとも二つの蒸留塔を含み、高圧塔の塔
頂部が低圧塔と熱的に連関されている蒸留塔系を使用し
て、空気をその構成成分に分離するための低温蒸留方法
を提供する。 【構成】 (a) 圧縮された汚染物のない原料空気のうち
の一部分を、例えば気化する液体酸素との又は他の寒冷
源との熱交換のような適当な手段により凝縮させ、(b)
この液体空気のうちの少なくとも一部分を蒸留塔920, 9
21のうちの一つで純粋でない還流として使用し、そして
(c) この液体空気が蒸留塔に供給される箇所よりも４理
論段以内上方の箇所から、窒素のモル分率が0.95未満で
あるような廃蒸気流を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気の低温（cryogeni
c)蒸留により窒素と酸素を製造するための方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】酸素を
製造するための、最もよく使用されそして最もよく知ら
れている空気分離方法は、今世紀の前半に発明されたリ
ンデ式の二塔サイクルである。このリンデの二塔サイク
ルの基本概念は、高圧塔の塔頂部と低圧塔の塔底部との
間を熱的に連関させて、高圧塔からの蒸気窒素を凝縮さ
せそして低圧塔の塔底部の液体酸素を再沸させることで
ある。高圧塔から取り出される液体窒素の一部分は、そ
の後低圧塔の塔頂部へ還流として送られる。このような
空気分離工場は、原料空気中の酸素の90％より多くを回
収することができ、そのため低圧塔から出てくる蒸気は
97％より多くの窒素を含有している。大量の窒素が同時
製造物として要求され、そしてその窒素が一定の純度要
件を満たさなくてはならない場合には、窒素製品の純度
を管理するために低圧塔の塔頂より数段下から廃棄流が
取り出される。しかしながら、そのような廃棄流はな
お、酸素の回収率とアルゴンのそれを高く維持すること
ができるよう、95％より多くの窒素を含有するように設
計されている。このような廃棄流の流量も、通常は、熱
的反復（thermal swing)吸着−脱着技術を使用してモル
シーブ吸着床を再生するのに十分である15％未満に抑え
られる。
【０００３】実質的な量で液体も製造する場合には、こ
の慣用的な方法は窒素を作業流体として使用する寒冷
（冷凍）系を導入する。この系（設備）は、製品として
及び／又は、米国特許第3605422 号明細書に見られるよ
うに、上述の特徴を有するリンデの二塔サイクルをなお
も保持する空気分離装置のための追加の還流として使用
される液体窒素を製造する。液体／原料比が比較的小さ
い場合には、空気を作業流体として使用する寒冷系を使
用することができる。そのような液化装置は、高圧空気
の一部分の膨張からの寒冷を利用して高圧空気の別の部
分を凝縮させる。しかしながら、この空気分離装置はな
おも、米国特許第4152130 号明細書に示されているよう
に、先に述べた特徴を有するリンデの二塔サイクルであ
る。
【０００４】上述の方法は全て、酸素と窒素（そして用
途によってはアルゴン）への空気の本質的に完全な分離
を達成する慣用のリンデの二塔サイクルを使用するの
で、空気分離の生成物、すなわち酸素と窒素（そしてア
ルゴン）、のほとんど全てが必要とされるならば適当な
ものである。ところが、多くの場合には、空気分離工場
から製造された窒素のうちの大部分には用途がない（廃
棄物塔の水を冷やす以外には）。従って、製品窒素のう
ちの一部はコールドボックスを出てから大気へ放出され
る。他の場合には、製品ガスの一部は液体製品として要
求される。これらの場合のいずれでも、より良好なサイ
クルを使用して動力消費量を減らすことも空気分離装置
の資本費を低減することもできる。
【０００５】米国特許第5165245 号明細書は、昇圧した
二塔式装置を使用する方法を開示している。この方法で
は、高圧窒素の膨張からの寒冷を使って液体製品を製造
する。このような昇圧法の利益には、圧力損失が小さく
なることとプロセス機器、例えば管類や熱交換器の大き
さが小さくなることが含まれる。あいにくなことに、液
体製品が製造されないか必要とされない場合には、その
ような方法は適当なものではない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、異なる
圧力で運転する少なくとも二つの蒸留塔を有する蒸留塔
系を利用して、圧縮された乾燥し且つ汚染物のない空気
をその構成成分に分離するための低温（cryogenic)蒸留
法であり、高圧塔の塔頂部が低圧塔と熱的に連関され、
高圧塔の塔頂部で窒素生成物が製造されそして低圧塔の
塔底部で酸素生成物が製造される方法の改良に関するも
のである。この改良は、(a) 圧縮された乾燥し且つ汚染
物のない原料空気のうちの一部分を凝縮させて液体空気
流を生じさせる工程、(b) この液体空気流のうちの少な
くとも一部分を純粋でない還流として当該蒸留塔系の少
なくとも一つの蒸留塔へ供給する工程、そして(c) 工程
(b) の液体空気流が当該蒸留塔系に供給される蒸留塔の
箇所よりも４理論段以内の上方に位置する当該塔の箇所
から窒素のモル分率が0.95未満の廃蒸気流を取り出す工
程、を特徴とする。
【０００７】好ましい様式においては、工程(b) の液体
空気流部分は低圧塔の塔頂部に供給され、工程(c) の廃
蒸気流は低圧塔の塔頂部から取り出される。また、工程
(a)の液体空気の別の部分を高圧塔の中間の箇所に供給
することもでき、そしてもう一つの廃蒸気流を液体空気
の上記の別の部分が高圧蒸留塔に供給される箇所よりも
上方４理論段以内の当該高圧塔の箇所から取り出すこと
もできる。
【０００８】更に、工程(a) の原料空気の当該一部分を
プロセスから出てゆく加温するプロセス流との熱交換に
より、あるいは低圧塔の塔底部の沸騰する液体酸素との
熱交換により、又は両方の熱交換により凝縮させること
ができる。
【０００９】
【実施例及び作用効果】次に、本発明を詳しく説明す
る。本発明は、空気をその構成成分に分離するための低
温蒸留法の改良である。本発明の方法は、少なくとも二
つの蒸留塔を含み、高圧の方の塔の塔頂部が低圧の方の
塔と熱的に連関されている蒸留塔系を使用する。本発明
の特有の特徴と改良は、(a) 圧縮された汚染物のない原
料空気のうちの一部分を、例えば気化する液体酸素との
又は他の寒冷源との熱交換のような適当な手段により凝
縮させること、(b) この液体空気のうちの少なくとも一
部分を蒸留塔のうちの一つで純粋でない還流として使用
すること、そして(c) この液体空気が蒸留塔に供給され
る箇所よりも４理論段以内の上方に位置する箇所から、
窒素のモル分率が0.95未満であるような廃蒸気流を取り
出すこと、を含む。本発明をよりよく理解するために、
本発明のいくつかの具体的な態様を検討することにす
る。
【００１０】図１は、高圧の酸素、高圧の窒素、また液
体のアルゴンといくらか（原料空気の10％未満）の液体
酸素及び液体窒素も製造するのに適した態様を例示して
いる。この態様では、管路100 の圧縮された、乾燥し
た、汚染物のない空気流を最初に管路102 と120 の二つ
の部分に分割する。管路102 の第一の部分は、主熱交換
器910 と911 でその露点に近い温度まで冷却され、次い
で管路110 により高圧塔920 の底部へ供給される。管路
120 の第二の部分は、圧縮機900 でより高い圧力まで更
に圧縮されて、次いで管路124 のこのより高圧の空気は
管路126 と123 の二つの分割流に更に分けられる。管路
126 の第一の分割流は主熱交換器910 と911 で冷却及び
凝縮されて管路132 の液体空気を生じ、これは更に、高
温（warmer）過冷却器912 で過冷却され、低圧塔921 の
底部で凝縮された管路144 の液体空気と一緒にされ、低
温（colder）過冷却器913 で更に冷却され、圧力を下げ
られて、管路136 により低圧塔921 の塔頂部に供給され
る。管路123 の他方の分割流は、圧縮機901 で圧縮さ
れ、主熱交換器910 の上部で冷却されて、エキスパンダ
ー902 で適当な圧力まで膨張させられる。この態様にお
いては、圧縮機901 とエキスパンダー902 とは機械的に
結合されている。管路142 のエキスパンダー排出流は、
低圧塔921 の塔底部に位置するボイラー／コンデンサー
914 で、気化する液体酸素との熱交換によって凝縮され
る。こうして得られた管路144 の液体空気は高温過冷却
器912 からやってくる液体空気と一緒にされる。
【００１１】高圧塔920 では、管路110 の原料空気を蒸
留して高圧塔頂窒素と酸素に富む塔底液とにする。塔頂
窒素のうちの一部分は、管路30の気体窒素流として取り
出し、熱交換器912 、911 及び910 で加温して寒冷を回
収し、そして管路300 の高圧気体窒素製品（HPGAN)とし
て回収する。高圧塔頂窒素の残りの部分は、低圧塔921
の塔底部にあるリボイラー／コンデンサー915 で凝縮さ
れる。凝縮した窒素のうちの一部は高圧塔920 の塔頂部
へ還流として戻され、そして管路10のもう一方の部分は
低温過冷却器913 で過冷却され、分離器930 でフラッシ
ュ及び相分離される。液の部分は管路700 により液体窒
素製品として抜き出される。管路16の蒸気部分は管路40
の廃窒素と一緒にされて、熱交換器913 、912 、911 そ
して910で寒冷の回収のため加温され、管路400 により
廃棄物として放出される。管路80の酸素に富む塔底液
は、抜き出され、圧力を下げられ、そして管路84により
低圧塔921 の中間の箇所へ供給される。
【００１２】低圧塔921 への上記の供給流は蒸留され
て、管路40の廃窒素と液体酸素塔底液とを生じる。95％
未満の窒素を含有している管路40の廃窒素は相分離器93
0 からの管路16の窒素蒸気と混合される。液体酸素塔底
液は管路20により取り出され、管路22と50の二つの部分
に分割される。管路50の第一の部分は低温過冷却器913
で過冷却され、そして管路500 により液体酸素製品とし
て抜き出される。管路22の他方の部分はポンプ903 で適
当な圧力まで昇圧され、主熱交換器911 と910 で加熱及
び気化されて、管路200 の高圧気体酸素製品（HPGOX)と
して取り出される。
【００１３】この態様には、アルゴンを製造するための
副塔（side column)も示されている。このサイドアーム
塔922 は、低圧塔921 の塔底セクションより上の位置で
低圧塔から蒸気の供給原料を取り出して、サイドアーム
塔922 から同じ箇所へ酸素に富む液を戻す。サイドアー
ム塔922 のための凝縮器負荷は、低圧塔を降下してくる
中間液により供給される。管路60の液体アルゴン流は、
抜き出されて低温過冷却器913 で過冷却されてから、管
路600 の液体アルゴン製品として取り出される。
【００１４】より多量の昇圧された窒素が必要とされる
場合には、管路142 のエキスパンダー排出流を管路106
の冷却した原料空気と一緒にして、高圧塔920 の塔底部
へ直接供給することができる。このオプションを図２に
例示する。上記の変更を除いて、図２に示した態様の残
りは図１に示したものと同じである。
【００１５】そのような概念を使用してより低純度の酸
素を製造することもできる。図３は、複式リボイラー空
気分離装置でそれをどのように使用してより低純度の酸
素と高圧窒素とを製造するのかを示している。この態様
では、管路100 の、圧縮された、乾燥した、汚染物のな
い空気を最初に管路102 と130 の二つの部分に分割す
る。管路130 の少ない方の部分は圧縮機901 で圧縮し、
主熱交換器910 で冷却し、そしてエキスパンダー902 で
膨張させる。管路138 のエキスパンダー排出流は低圧塔
921 の中間の箇所へ供給される。この態様では、圧縮機
901 とエキスパンダー902 とは機械的に連結されてい
る。管路102 の多い方の部分は、主熱交換器910 でその
露点に近い温度まで冷却し、そして二つの分割流に分け
る。管路108の第一の分割流は高圧塔920 の塔底部へ供
給される。管路110 の第二の分割流は、低圧塔921 の塔
底部にあるボイラー／コンデンサー914 で、沸騰する液
体酸素との熱交換で凝縮される。製造された管路112 の
液体空気は次いで管路114 と116 の二つの部分に分割さ
れる。管路114 の少ない方の部分は高圧塔920 の中間へ
純粋でない還流として供給される。管路116 の多い方の
部分は低温過冷却器913で過冷却され、フラッシュされ
て低圧塔921 の塔頂部へ液体の還流として供給される。
【００１６】高圧塔920 への原料空気は、高圧塔頂窒素
と酸素に富む塔底液とに分離される。塔頂窒素のうちの
一部分はボイラー／コンデンサー916 で凝縮されて、高
圧塔920 の塔頂部へ還流として戻される。塔頂窒素のう
ちの残りの部分は管路30により抜き出され、熱交換器91
2 と910 で寒冷回収のため加温されて、次いで管路300
の気体窒素製品（GAN)として回収される。高圧塔からの
管路10の酸素に富む塔底液は高温過冷却器912 で過冷却
され、圧力を下げられて、管路14により低圧塔921 へ供
給される。
【００１７】低圧塔への上記の供給物は蒸留されて、蒸
気流と酸素塔底液とに分離される。塔921 の塔頂から
の、95％未満の窒素を含有している管路40の蒸気流は、
熱交換器913 、912 そして910 で寒冷を回収するため加
温されて、管路400 の廃窒素生成物として抜き出され
る。塔921 の塔底部から抜き出された管路20の気体酸素
は、寒冷を回収のため熱交換器912 と910 で加温され
て、管路200 の気体酸素製品（GOX)として回収される。
【００１８】図４は、図３に示した態様の液体酸素がポ
ンプ送りされる態様を示している。この態様では、管路
130 の少ない方の部分を最初に圧縮機900 でより高い圧
力に圧縮して、次いで二つの部分に分割する。管路145
の第一の部分は、主熱交換器910 で冷却及び凝縮させ、
高温過冷却器912 で過冷却して、ボイラー／コンデンサ
ー914 からの管路115 の液体空気と一緒にする。一緒に
した液体空気を、次いで低温過冷却器913 で更に過冷却
させ、そして圧力を下げてから、管路120 により低圧塔
921 へ還流として供給する。また、管路20の液体酸素も
ポンプ903 で適当な圧力まで昇圧し、寒冷の回収のため
加熱し、気化させて、管路200 の気体酸素製品として回
収する。上記の変更を除いて、図４に示した態様の残り
は図３に示したものと同じである。
【００１９】図５は、実質的な量の液体製品（原料空気
の10％より多く）を製造するための態様である。この態
様においては、管路90の圧縮された乾燥し且つ汚染物の
ない原料空気を管路800 の再循環空気と一緒にする。こ
の一緒にした、管路92の空気流を、外部動力源により駆
動される圧縮機900 で更に圧縮し、次いでコンパンダー
圧縮機901 でなお更に圧縮する。後段冷却後、管路103
のこの高圧空気流を管路104 及び154 の二つの部分に分
割し、そしてそれらをそれぞれコンパンダー圧縮機932
及び933 で、空気の臨界圧より高い圧力まで更に圧縮す
る。次いで、圧縮機932 及び933 の排出流を一緒にし、
そしてこの一緒にした管路107 の流れを周囲温度に近い
温度まで冷却する。ほぼ周囲温度近くになったなら、臨
界圧より高いこの空気流を管路110 と130 の二つの部分
に分割する。管路110 の第一の部分は、熱交換器910 で
冷却して管路114 と140 の二つの分割流に分ける。管路
130 の第二の部分は、冷却され、エキスパンダー934 で
膨張させられて、熱交換器910 で寒冷回収のため加温さ
れる。この膨張し加温された第二の部分は管路800の再
循環流を構成する。上記の第一の部分のうちの管路114
の第一の分割流は、熱交換器911 と942 で空気の臨界温
度より低い温度まで更に冷却される。次に、この臨界温
度より低い、管路117 の高密度（dense)流体空気を、管
路118 と119の二つの部分に分ける。管路140 の第二の
分割流は、エキスパンダー935 で膨張させ、そして管路
136 と138 の二つの部分に分ける。第一の分割流のうち
の管路119 の第一の部分は圧力を下げて、高圧塔920 の
中間の箇所へ純粋でない還流として供給される。第一の
分割流のうちの管路118 の第二の部分は過冷却器943 及
び945 で過冷却され、高密度流体エキスパンダー937 で
膨張させられて、次いで管路126 により低圧塔921 の塔
頂部へ供給される。第二の分割流のうちの管路138 の第
一の部分は高圧塔920 の塔底部へ供給原料として供給さ
れる。第二の分割流のうちの管路136 の第二の部分は寒
冷回収のため熱交換器942 と911 で加温され、次いで管
路133 のエキスパンダー934 の排出流と一緒にされる。
【００２０】高圧塔920 への供給原料はそこで分離され
て、高圧塔920 からは三つの流れが取り出される。管路
２の液体窒素流は、抜き出されて低温過冷却器945 で過
冷却され、圧力を下げられ、そして相分離器930 で相分
離される。管路６の蒸気相は相分離器930 を出て、低圧
塔921 からの管路30の廃窒素と一緒にされる。管路500
の液相は液体窒素（LIN)製品として相分離器930 を出て
ゆく。管路20の窒素に富む蒸気流は、高圧塔920 の塔頂
からあるいは塔頂より数段下から抜き出される。この管
路20の窒素に富む流れは熱交換器943 と942 で加温さ
れ、エキスパンダー936 で膨張させられ、熱交換器911
と910 で周囲温度まで更に加温されて、そして管路200
の気体窒素（GAN)製品として回収される。管路10の、高
圧塔からの酸素に富む塔底液は、高温過冷却器943 で過
冷却され、圧力を下げられ、過冷却器944 で液体酸素
（LOX)の過冷却のために使用され、そして管路16により
低圧塔921 へ供給される。
【００２１】低圧塔921 への上記の供給物はそこで蒸留
されて、低圧塔921 からは三つの流れが取り出される。
95％未満の窒素を含有している管路30の廃窒素流は抜き
出されて、相分離器930 からの管路６の蒸気流と一緒に
される。その結果得られた管路310 の蒸気流は、寒冷回
収のため加温されて、ほぼ周囲温度で管路300 の廃棄物
としてプロセスから出てゆく。管路40の液体酸素は、抜
き出されて過冷却器944 で過冷却され、そして管路400
の液体酸素（LOX)製品として回収される。最後に、アル
ゴンに富む蒸気流は塔底より上方のセクションで低圧塔
から出て副塔の塔底部に供給され、この副塔はそれを蒸
留して管路60の液体のアルゴンに富む流れと酸素に富む
塔底液とにし、この塔底液は副塔への供給蒸気が抜き出
されるところで低圧塔へ戻される。副塔の凝縮器は、副
塔の塔頂からのアルゴン蒸気が、管路16の高圧塔からの
酸素に富む塔底液が低圧塔に供給されるところよりも数
段下で部分的に気化する液との熱交換で凝縮するよう
に、低圧塔に組み込まれる。管路60のアルゴンに富む液
体流は、次いで過冷却器で過冷却されてからこの系から
出てゆく。
【００２２】図５の態様は、液の生産が原料空気の20％
より多い場合を示している。液の生産がより少ない場合
には、図６の態様に示したように、再循環流（管路136
及び800 ）の一部を逆にすることができ、そして管路11
9 の高圧塔への液体空気の供給をなくすことができる。
【００２３】本発明は、液体空気の流れを作りそしてそ
れを蒸留塔へ純粋でない還流として供給することによ
り、また塔のうちの一つから、液体空気がその塔へ供給
される段の４段上方であるいはその供給段の上方４段以
内で、実質的な量の蒸気をこの蒸気流の窒素のモル分率
が95％未満となるように抜き出すことによって、この廃
棄流から酸素の量を有意に減少させることになる。本発
明の方法は、酸素の回収率を最大限にする酸素分離工場
を設計し運転する従来のやり方と異なるものである。本
発明の方法には、図７に図示される従来の方法に勝る次
の利点がある。
【００２４】(1) １モルの酸素を分離する最小限の仕事
はより高い回収率におけるよりもより低い回収率におけ
る方が少ないので、本発明にはエネルギーの利益があ
る。例えば、１モルの酸素を分離する最小限の仕事は、
原料空気中の酸素の85.9％を酸素製品として回収するプ
ロセス（本発明による方法）の方が酸素を完全に回収す
る慣用のプロセスよりも8.35％少ない。
【００２５】(2) 本発明は、実質的な量（原料空気の15
〜30％）の窒素が昇圧した製品（高圧塔の圧力よりわず
かに低い圧力からそれより高い圧力までの送り出し圧
力）として要求される場合あるいは原料空気のうちの実
質的な量（＞10％）が液体製品として出てゆく場合に、
圧縮機械類を省く。
【００２６】例 本発明の効率を証明し、また従来の方法との比較のため
に、以下に掲げる例をコンピューターでシミュレーショ
ンした。これらのシミュレーションの結果は上述の点を
説明する。以下の例は次に示す生産要求事項に基づくも
のである。
【００２７】 純 度 圧 力 製 品 (vol%) (psia[MPa]) 流量比* 酸素 ＞99.5 178 [1.23] 1.0 窒素 ＞99.99 81 [0.56] 1.46 粗液体アルゴン ＞99.5 できるだけ多く 液体窒素 ＞99.99 0.023 液体酸素 ＞99.5 0.032 ＊流量比は、モル流量／酸素モル流量として定義され
る。
【００２８】シミュレーションのために使用したサイク
ルは図１と図７のものである。前者は本発明の方法の一
態様である。後者は、米国特許第5165245 号明細書に開
示されたように本質的に完全に回収するプロセスであ
る。シミュレーションの結果は次の表１〜４に示され
る。
【００２９】 表 １ 機器類の比較 図 １ 図 ７ 段 数 高圧塔 25 40 低圧塔 80 93 コンパンダー 1 0 エキスパンダー 0 2 窒素圧縮機 0 1 空気ブースター 1 0 酸素コンパンダー 0 1
【００３０】 表 ２ 回収率と動力の比較 図 １ 図 ７ 酸素回収率（％） 17.93 20.95 （空気中の酸素の百分率） アルゴン回収率（％） 68.0 84.5 （空気中のＡｒの百分率） 相対動力 0.979* 1.0
【００３１】表１から、窒素圧縮機を省き、酸素圧縮機
の代わりに空気ブースターを用い、そして発電機を連結
した２台のエキスパンダーを１台のコンパンダーと取り
替えることができるということが分かる。段数も、コー
ルドボックスをより短くすることができるように減少す
る。表２に示したデータは、図１の設備構成のためのモ
レキュラーシーブ床はほぼ17％大きいことを示してい
る。アルゴンの回収率はより小さいが、生産されるアル
ゴンの絶対量は有意には減少しない。本発明のアルゴン
回収率は、酸素を完全に回収する従来の方法についての
80％アルゴン回収率に相当する。エネルギーに関して
は、図１のプロセスの方が2.1 ％少ない。ガス分離に必
要なエネルギーだけが使用されるとすれば、これは４％
の動力の節約になり、かなりの数字である。
【００３２】ここで、図１に示したプロセスについての
シミュレーション条件では、高圧塔における還流比が高
く、固定した窒素純度については必要とされる段数が少
ないことを意味している、ということに言及すべきであ
る。従って、より多くの窒素を取り出すこと、また高圧
塔の段数を増加させることが可能である。こうして、能
力を更に向上させることができる。とは言うものの、ア
ルゴンの回収率は更に低下しようし、そして酸素の純度
（あるいは回収率）も低下しよう。
【００３３】図７に示されたプロセスは、高圧で運転す
る場合には、酸素と窒素とをともに製造することについ
て知られている最も良好な従来技術である、ということ
に注目すべきである。分離能力に関しては、高圧サイク
ルは通常のより低圧のサイクルよりも約８％効率的であ
るから、通常の低圧サイクルに勝る本発明の累積能力は
12％である。全ての窒素が昇圧された製品として必要と
されない場合には、高圧サイクルは能力的に効率的にな
るようある量の液体製品を製造することを必要とする、
ということに注目することが重要である。しかしなが
ら、本発明の方法は液体の製造なしでもうまく働く。そ
のような状況では、唯一の同等サイクルは通常の低圧サ
イクルであり、そして本発明はその通常の低圧サイクル
よりも能力的に（分離のためのエネルギーに関して）12
％良好である。
【００３４】シミュレーションのための流れのパラメー
ターのうちの一部を表３と表４に示す。このシミュレー
ションは100 lbmol/hr（45.4 kgmol/hr)の原料空気を基
礎としている。
【００３５】 表 ３ 図１の態様についての流れのパラメーター 温 度 圧 力 流 量 流れの番号 (°F [ ℃]) (psia[MPa]) (lbmol/hr[kgmol/hr]) 100 55 [ 12.8] 86.5[0.60] 100 [45.4] 106 -272 [-168.9] 84.5[0.58] 66 [29.9] 126 55 [ 12.8] 400 [2.76] 24.8[11.2] 140 -130 [ -90.0] 684 [4.72] 9.2[ 4.2] 30 -287.3[-177.4] 82.8[0.57] 26 [11.8] 200 49.8[ 9.9] 178 [1.23] 17.4[ 7.9] 50 -288.7[-178.2] 23.6[0.16] 0.6[ 0.3] 40 -313.9[-192.2] 18.5[0.13] 54.9[24.9] 144 -287.3[-177.4] 71 [0.49] 9.2[ 4.2] 300 49.8[ 9.9] 81 [0.56] 26 [11.8] 400 49.8[ 9.9] 16.1[0.11] 55 [24.9] 700 -316.8[-193.8] 18.5[0.13] 0.4[ 0.2] 60 -297.5[-183.1] 19.5[0.13] 0.6[ 0.3]
【００３６】 表 ４ 図７の態様についての流れのパラメーター 温 度 圧 力 流 量 流れの番号 (°F [ ℃]) (psia[MPa]) (lbmol/hr[kgmol/hr]) 101 55 [ 12.8] 122.8[0.85] 100 [45.4] 108 -266 [-165.6] 120.6[0.83] 100 [45.4] 3 -278.5[-172.5] 117.8[0.81] 0.5[ 0.2] 4 -278.5[-172.5] 118.0[0.81] 36.5[16.6] 130 -308.4[-189.1] 30.1[0.21] 71.4[32.4] 195 -279.7[-173.2] 36.9[0.25] 20.3[ 9.2] 117 -279.7[-173.2] 36.9[0.25] 0.7[ 0.3] 68 -288.5[-178.1] 31.3[0.22] 0.8[ 0.4] 200 50.5[ 10.3] 28.3[0.20] 30.5[13.8] 194 50.5[ 10.3] 34.7[0.24] 20.3[ 9.2] 20 -120.2[ -84.6] 117.7[0.81] 6.3[ 2.9] 8 -249.2[-156.2] 20.9[0.14] 40.9[18.6]
【００３７】いくつかの具体的な態様を参照して本発明
を説明した。これらの態様は、本発明の範囲を限定する
ものと見なすべきではない。本発明の範囲は、特許請求
の範囲を参照して確認されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法の一つの態様の概略フローシート
である。
【図２】本発明の方法のもう一つの態様の概略フローシ
ートである。
【図３】本発明の方法の別の態様の概略フローシートで
ある。
【図４】本発明の方法の更に別の態様の概略フローシー
トである。
【図５】液化サイクルを取り入れた本発明の方法の一態
様の概略フローシートである。
【図６】液化サイクルを取り入れた本発明の方法のもう
一つの態様の概略フローシートである。
【図７】米国特許第5165245 号明細書に教示された従来
技術の方法の概略フローシートである。
【符号の説明】
９００、９０１…圧縮機 ９０２…エキスパンダー ９０３…ポンプ ９１０、９１１…主熱交換器 ９１２…高温過冷却器 ９１３…低温過冷却器 ９１４…ボイラー／コンデンサー ９１５…リボイラー／コンデンサー ９１６…ボイラー／コンデンサー ９２０…高圧塔 ９２１…低圧塔 ９２２…副塔 ９３０…分離器 ９３２、９３３…コンパンダー圧縮機 ９３４、９３５、９３６、９３７…エキスパンダー ９４２…熱交換器 ９４３、９４４、９４５…過冷却器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異なる圧力で運転する少なくとも二つの
    蒸留塔を有する蒸留塔系を利用して、圧縮された乾燥し
    且つ汚染物のない空気をその構成成分に分離するための
    蒸留法であり、高圧塔の塔頂部が低圧塔と熱的に連関さ
    れ、高圧塔の塔頂部で窒素製品が製造されそして低圧塔
    の塔底部で酸素製品が製造される低温（cryogenic)蒸留
    法であって、(a) 圧縮された乾燥し且つ汚染物のない原
    料空気のうちの一部分を凝縮させて液体空気流を生じさ
    せる工程、(b) この液体空気流のうちの少なくとも一部
    分を純粋でない還流として当該蒸留塔系の少なくとも一
    つの蒸留塔へ供給する工程、そして(c) 工程(b) の液体
    空気流が当該蒸留塔系に供給される蒸留塔の箇所よりも
    ４理論段以内の上方に位置する当該塔の箇所から窒素の
    モル分率が0.95未満の廃蒸気流を抜き出す工程、を特徴
    とする空気の低温蒸留法。
  2. 【請求項２】 工程(b) の液体空気流部分を低圧塔の塔
    頂部へ供給し、そして工程(c) の廃蒸気流を低圧塔の塔
    頂部から抜き出す、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 工程(a) の液体空気のうちのもう一つの
    部分を高圧塔の中間の箇所へ供給する、請求項２記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 液体空気のうちの前記もう一つの部分が
    高圧塔へ供給される当該塔の箇所よりも上方４理論段以
    内の高圧塔の箇所から別の廃蒸気流を抜き出す、請求項
    ３記載の方法。
  5. 【請求項５】 工程(a) の原料空気のうちの前記一部分
    をプロセスから出てゆく加温するプロセス流との熱交換
    により凝縮させる、請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 工程(a) の原料空気のうちの前記一部分
    を低圧塔の塔底部で沸騰する液体酸素との熱交換により
    凝縮させる、請求項１記載の方法。
  7. 【請求項７】 工程(a) の原料空気のうちの前記一部分
    をプロセスから出てゆく加温するプロセス流との熱交換
    と、低圧塔の塔底部で沸騰する液体酸素との熱交換とに
    より凝縮させる、請求項１記載の方法。
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